DE102017113451A1 - Method and device for controlling the reduction agent injection into an exhaust gas inlet of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ein Abgasnachbehandlungssystem einschließlich einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung (SCR), einem NOx-Sensor und einem Reduktionsmittel-Einspritzsystem ist beschrieben. Ein Verfahren zum Steuern des Reduktionsmittel-Einspritzsystems zum Einspritzen von Reduktionsmittel in den Abgaszulauf stromaufwärts relativ zum SCR beinhaltet das Überwachen des Motorbetriebs und das Bestimmen einer anfänglichen Reduktionsmitteldosierungsrate, die auf den Motorbetrieb anspricht. Eine Dosierungsstörung wird in der Reduktionsmitteldosierungsrate induziert. Der Abgaszulauf wird über den NOx-Sensor überwacht und ein Reduktionsmitteldosierkorrekturterm wird auf der Grundlage der Überwachung ermittelt. Eine endgültige Dosierungsrate zur Steuerung des Reduktionsmittel-Einspritzsystems wird auf der Grundlage der anfänglichen Reduktionsmitteldosierungsrate, der Dosierungsstörung und des Reduktionsmittel-Dosierungskorrekturterms bestimmt An exhaust aftertreatment system including a selective catalytic reduction device (SCR), a NOx sensor and a reductant injection system is described. One method of controlling the reductant injection system to inject reductant into the upstream exhaust relative to the SCR includes monitoring engine operation and determining an initial reductant dosing rate responsive to engine operation. A dosing disorder is induced in the reducing agent dosage rate. The exhaust gas feed is monitored via the NOx sensor and a reductant dosing correction term is determined based on the monitoring. A final dosage rate for controlling the reductant injection system is determined based on the initial reductant dosing rate, the dosing error, and the reductant dosing correction term
Description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Diese Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren in fluidisierter Verbindung mit Abgasnachbehandlungssystemen sowie Verfahren zu deren Steuerung. This disclosure relates to internal combustion engines in fluidized association with exhaust aftertreatment systems and to methods of controlling same.
HINTERGRUND BACKGROUND
Verbrennungsmotoren sind fluidisiert mit Abgasnachbehandlungssystemen verbunden, welche die als Verbrennungs-Abfallprodukte erzeugten Abgase reinigen. Die Abgasnachbehandlungssysteme können Oxidationskatalysatoren, Reduktionskatalysatoren, selektive katalytische Reduktionskatalysatoren und Partikelfilter beinhalten. Verbrennungs-Abfallprodukte können unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide, die als NOx-Moleküle bezeichnet werden können sowie Aerosole beinhalten. Der Betrieb kann durch eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen überwacht werden, die in dem Abgaszulauf angeordnet sind, einschließlich z. B. eines NOx-Sensors. Der Betrieb kann auch unter Verwendung von Simulationsmodellen bestimmt werden, die während des Betriebs dynamisch ausgeführt werden. Internal combustion engines are fluidly connected to exhaust aftertreatment systems which clean the exhaust gases generated as combustion waste products. The exhaust aftertreatment systems may include oxidation catalysts, reduction catalysts, selective catalytic reduction catalysts, and particulate filters. Combustion waste products may include unburned hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, which may be referred to as NOx molecules, and aerosols. Operation may be monitored by one or more sensing devices located in the exhaust gas inlet, including, for example B. a NOx sensor. Operation may also be determined using simulation models that are dynamically executed during operation.
Selektive katalytische Reduktionskatalysatoren (SCRs) können Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx-Molekülen zu elementarem Stickstoff verwenden. Ein bekanntes Reduktionsmittel ist Harnstoff, der in einem Abgassystem in Ammoniak (NH3) umgewandelt werden kann. Das Reduktionsmittel kann in den Abgaszulauf stromaufwärts von einem oder mehreren selektiven katalytischen Reduktionskatalysatoren eingespritzt werden und kann auf einer Oberfläche gelagert oder anderweitig für die Verwendung bei der Reduktion von NOx-Molekülen gegenüber elementarem Stickstoff und Wasser eingefangen werden. Selective catalytic reduction catalysts (SCRs) may use reducing agents to reduce NOx molecules to elemental nitrogen. A known reducing agent is urea, which can be converted into ammonia (NH3) in an exhaust system. The reductant may be injected into the exhaust feedstream upstream from one or more selective catalytic reduction catalysts and may be stored on a surface or otherwise captured for use in the reduction of NOx molecules to elemental nitrogen and water.
Der Signalausgang von einem nachgeschalteten NOx-Sensor kann eine Querempfindlichkeit zwischen NOx-Molekülen und NH3-Molekülen aufweisen, wenn es angeordnet ist, um einen Abgaszulauf stromabwärts eines SCR zu überwachen. Als solches können bekannte Reduktionsmittel-Einspritzsteuersysteme, die in einem Steuerungsschema zur Steuerung der Reduktionsmitteleinspritzung arbeiten, abhängig von der Größe des NH3, das aus dem SCR austritt, in einer Unterdosierung oder einer Überdosierungsbedingung arbeiten. Ein Reduktionsmittel-Steuerungssystem mit offener Schleife kann zu einer verminderten Leistung eines SCR führen, der empfindlich auf Hardwarevariation ist und unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einer falsch-positiven Ausgabe aus einer Diagnoseüberwachungsroutine für einen SCR führen kann. The signal output from a downstream NOx sensor may have cross-sensitivity between NOx molecules and NH3 molecules when it is arranged to monitor an exhaust gas feed downstream of an SCR. As such, known reductant injection control systems operating in a reductant injection control scheme may operate in an underdosage or an overdose condition, depending on the size of the NH3 exiting the SCR. An open loop reductant control system may result in reduced performance of an SCR that is sensitive to hardware variation and, under certain operating conditions, may result in false-positive output from a diagnostic monitoring routine for an SCR.
ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY
Es ist ein Verbrennungsmotor in fluidischer Verbindung mit einem Abgasnachbehandlungssystem beschrieben. Das Abgasnachbehandlungssystem beinhaltet eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) einen NOx-Sensor, der angeordnet ist, um den Abgaszulauf stromabwärts bezüglich des SCR zu überwachen, und ein Einspritzsystem, das angeordnet ist, um ein Reduktionsmittel in den Abgaszulauf stromaufwärts relativ zum SCR einzuspritzen. Ein Verfahren zum Steuern des Reduktionsmittel-Einspritzsystems zum Einspritzen von Reduktionsmittel in den Abgaszulauf stromaufwärts relativ zum SCR beinhaltet das Überwachen des Motorbetriebs und das Bestimmen einer anfänglichen Reduktionsmitteldosierungsrate, die auf den Motorbetrieb anspricht. Eine Dosierungsstörung wird in der Reduktionsmitteldosierungsrate induziert. Der Abgaszulauf wird über den NOx-Sensor überwacht und ein Reduktionsmitteldosierkorrekturterm wird auf der Grundlage der Überwachung ermittelt. Eine endgültige Dosierungsrate zur Steuerung des Reduktionsmittel-Einspritzsystems wird auf der Grundlage der anfänglichen Reduktionsmitteldosierungsrate, der Dosierungsstörung und des Reduktionsmitteldosierungskorrekturterms bestimmt. There is described an internal combustion engine in fluid communication with an exhaust aftertreatment system. The exhaust aftertreatment system includes a selective catalytic reduction device (SCR), a NOx sensor arranged to monitor the exhaust gas feedstream downstream of the SCR, and an injection system arranged to inject a reductant into the exhaust gas feed upstream relative to the SCR. One method of controlling the reductant injection system to inject reductant into the upstream exhaust relative to the SCR includes monitoring engine operation and determining an initial reductant dosing rate responsive to engine operation. A dosing disorder is induced in the reducing agent dosage rate. The exhaust gas feed is monitored via the NOx sensor and a reductant dosing correction term is determined based on the monitoring. A final dosage rate for controlling the reductant injection system is determined based on the initial reductant dosing rate, the dosing error, and the reductant dosing correction term.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor. The foregoing features and advantages as well as other features and advantages of the present teachings will become more apparent from the following detailed description of some of the best modes and other modes for carrying out the present teachings with reference to the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen: One or more embodiments will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, worin die Darstellungen nur zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen dienen, nicht jedoch zur Einschränkung derselben, wobei
Der Motor
Eine Motorsteuerung
Das Abgasnachbehandlungssystem
Sowohl der Oxidationskatalysator
Sensoren für die Überwachung der abgasreinigenden Vorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems
Die Motorsteuerung beinhaltet vorzugsweise die Steuerung verschiedener Motorbetriebsparameter, einschließlich der Steuerung bevorzugter Motorsteuerzustände zur Minimierung verschiedener Abgasbestandteile durch chemische Reaktionsprozesse, zu diesen beispielsweise und ohne zu beschränken Oxidation, Reduktion, Filterung und selektive Reduktion gehören. Andere Motorsteuerzustände beinhalten die Steuerung der Betriebsparameter zum Warmlaufen des Motors
Die Begriffe Steuereinheit, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und deren zugeordneten nicht-transitorische Speicherkomponenten in Form von Arbeitsspeicher- und Datenspeichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.). Die nicht-transitorisch Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routine, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -geräten, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Ein- und Ausgabegeräten und Schaltungen gehören Analog-/Digitalwandler und ähnliche Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuereinheit führt für Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, sowie zwischen die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine beliebige geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf jede physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann jede geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können. Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Verfahren, die in Echtzeit ausgeführt werden und das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und das regelmäßige oder periodische Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine enthalten können. The terms control unit, control module, module, controller, controller, processor and the like refer to one or more combinations of application specific integrated circuits (ASIC), electronic circuit (s), central processing unit (s), e.g. B. Microprocessor (s) and their associated non-transitory memory components in the form of memory and data storage devices (read-only memory, programmable read-only memory, random access memory, hard disk memory, etc.). The non-transitory memory component is capable of executing machine readable instructions in the form of one or more software or firmware programs or routines, combinatorial logic circuitry, input / output circuitry and devices, signal conditioning and buffer circuits, and store other components that may be accessed by one or more processors to provide described functionality. Input and output devices and circuits include analog-to-digital converters and similar devices that monitor sensor inputs at a predetermined fetch frequency or in response to a triggering event. Software, firmware, programs, commands, control routines, code, algorithms, and similar terms refer to all instruction sets executable by a controller, such as a computer. B. Calibrations and Tables. Each controller executes control routines to provide the desired functions, including monitoring the inputs of sensor devices and other networked controllers, as well as executing control and diagnostic routines to control actuation of actuators. The routines can be used at regular intervals, such as. B. during running operation every 100 microseconds to run. Alternatively, routines may be executed in response to a triggering event. The communication between the controllers, as well as between the communications between the controllers, actuators, and / or sensors, may be accomplished over a point-to-point direct cabling, network communication bus connection, wireless connection, or other suitable communication link. Communication involves exchanging data signals in any suitable manner, including, but not limited to, communications. As electrical signals via a conductive medium, electromagnetic signals through the air, optical signals via optical fibers and the like. Data signals may include discrete, analog or digitized analog signals representing inputs from sensors and actuator commands, as well as communication signals between controllers. The term "signal" refers to any physically perceptible display that transmits information and may include any suitable waveform (eg, electrical, optical, magnetic, mechanical, or electromagnetic), such as DC, AC, sine, triangular, square, Vibration and the like that can pass through a medium. The term "model" refers to a processor-based or processor-executable code and associated calibration that simulates the physical existence of a device or physical process. As used herein, the term "dynamic" describes steps or methods that may be performed in real time and may include monitoring or otherwise determining parameter states, and periodically or periodically updating parameter states when executing a routine or between iterations in executing the routine.
Insgesamt beinhaltet die Reduktionsmitteleinspritzungssteuerroutine mit geschlossener Schleife
Ein Reduktionsmitteldosierungskorrekturterm
Das anfängliche Dosierungsroutine
Die Anfangsdosierungsroutine
Die SCR-Temperatur
Die Störungsroutine
Die Rückkopplungsroutine
Unter erneuter Bezugnahme auf
Die Korrelationsroutine
Der Korrekturterm
Die hierin beschriebenen Konzepte beinhalten ein Verfahren zum Unterscheiden von NO x oder NH3 aus einem NOx-Sensorsignal durch kontinuierliches Stören einer NH3-Dosierungsrate mit einer gegebenen frequenten Sinuswelle und Korrelieren des SCR-out-NOx-Sensorsignals mit einer geschätzten SCR-out-NOx-, NH3-Speicherung oder -Temperatur in einer Zeitspanne, die mit der Dosierungsstörungsperiode übereinstimmt. Aus den Korrelationen kann ein Korrekturterm und aus dem SCR-out-NOx-Sensorsignal kann ein extrahiertes Signal ermittelt werden. Eine Routine mit geschlossener Schleife wird dann verwendet, um den Korrekturterm auf einem gewünschten Niveau unter Verwendung einer PID-Steuerung zum Erzeugen des Reduktionsmitteldosierungskorrekturterms zu steuern. Das Verfahren ist für die Dosiersteuerung mit geschlossener Schleife zu verwenden, um den SCR-NH3-Speicher genau zu steuern, um die SCR-NOx-Reduktionseffizienz-Variation zu reduzieren, die durch die SCR-Hardware und die Betriebszustandsvariabilität verursacht wird und den NH3-Verbrauch minimiert. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um die SCR-Effektivität zu reduzieren und fehlerhaftes Auslösen zu überwachen. The concepts described herein include a method of distinguishing NO x or
Wie hierin beschrieben, kann das von dem nach dem SCR angeordneten NOx-Sensor ausgegebene Signal als erhöhten NOx-Emissionen oder erhöhten NH3-Emissionen zugeordnet identifiziert werden, wenn es der kontinuierlichen Störung der NH3-Dosierungsrate unterworfen wird, die mit den geschätzten SCR-out-NOx-Emissionen korreliert ist. Die unter Bezugnahme auf
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln, die die Funktion/Vorgang, der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren. The flowchart and block diagrams in the flowcharts illustrate the architecture, functionality, and operation of possible implementations of systems, methods, and computer program products according to various embodiments of the present disclosure. In this regard, each block in the flowcharts or block diagrams may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for implementing the specified logical function (s). It is also to be understood that each block of block diagrams and / or flowchart illustrations and combinations of blocks in the block diagrams and / or flowchart illustrations are provided by specialized hardware based systems that perform the specified functions or operations or combinations of special purpose hardware and computer instructions can be implemented. These computer program instructions may also be stored in a computer readable medium that may control a computer or other programmable data processing device to function in a particular manner such that the instructions stored in the computer readable medium produce an article of manufacture, including instruction means, having the function / Process indicated in the flowchart and / or block diagram block or blocks.
Während die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren die vorliegenden Lehren unterstützen und beschreiben, wird der Umfang der vorliegenden Lehren jedoch einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. However, while the detailed description and drawings or figures are supportive and descriptive of the present teachings, the scope of the present teachings is defined solely by the claims. While a few of the best modes and other modes for carrying out the present teachings have been described in detail, there are several alternative constructions and embodiments for implementing the present teachings defined in the appended claims.
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